劉 海 張青松 廖宜濤 魏國(guó)粱 杜 錚 廖慶喜

(1.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院， 武漢 430070； 2.武漢市農(nóng)業(yè)科學(xué)院， 武漢 430065；3.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部長(zhǎng)江中下游農(nóng)業(yè)裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 武漢 430070)

0 引言

小白菜是長(zhǎng)江中下游地區(qū)種植面積最大的葉類蔬菜[1]，該區(qū)域種植田塊土壤黏重板結(jié)且雨量充沛，遇連續(xù)陰雨天易遭受淹水脅迫，不利于小白菜種子出苗[2-4]，因此小白菜直播作業(yè)時(shí)要求構(gòu)建適宜小白菜種子生長(zhǎng)的種床[5-6]。構(gòu)建合理種床結(jié)構(gòu)能增加土壤通透性，促進(jìn)小白菜根系生長(zhǎng)發(fā)育，減少小白菜漬害，提高小白菜種子成苗率，研制構(gòu)建長(zhǎng)江中下游地區(qū)小白菜合理種床的農(nóng)機(jī)配套裝置非常必要。

傳統(tǒng)的小白菜直播前種床整理以人工為主，生產(chǎn)成本高、勞動(dòng)強(qiáng)度大，制約著小白菜生產(chǎn)規(guī)模和經(jīng)濟(jì)效益。近年來，隨著小白菜生產(chǎn)機(jī)械化水平的提高，人工開溝起壟作業(yè)逐漸被機(jī)械化作業(yè)所取代[7-9]，同步完成開溝起壟和直播作業(yè)的復(fù)式播種將成為趨勢(shì)。小白菜復(fù)式播種機(jī)種床構(gòu)建的關(guān)鍵部件為起壟裝置，其壟體成型效果直接影響播種機(jī)的作業(yè)質(zhì)量[10]。

目前國(guó)內(nèi)外眾多研究機(jī)構(gòu)和學(xué)者對(duì)農(nóng)田開溝起壟技術(shù)進(jìn)行了深入研究[11-24]?，F(xiàn)有種床成型裝置主要適用于播種油菜、玉米、大豆等作物，且以被動(dòng)擠壓成型方式為主，其作業(yè)時(shí)土壤流動(dòng)特性與長(zhǎng)江中下游地區(qū)有一定差異[25-26]，而適應(yīng)于輥壓成型種床起壟裝置的研究較少，因此有必要專門針對(duì)小白菜復(fù)式播種機(jī)犁旋輥壓駁岸型種床起壟技術(shù)進(jìn)行深入研究。

小白菜直播對(duì)種床要求較高，若種床成型后土壤堅(jiān)實(shí)度不高，會(huì)導(dǎo)致種床廂面分布土塊松散，土塊間的縫隙大、土壤水分蒸發(fā)過快，土壤墑情下降，嚴(yán)重影響小白菜成苗率，種床合理構(gòu)建技術(shù)是小白菜復(fù)式播種機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文針對(duì)長(zhǎng)江中下游地區(qū)小白菜種植模式的種床構(gòu)建技術(shù)要求，結(jié)合傳統(tǒng)種床整理工藝，以駁岸型壟體截面和壟溝截面組合擠壓同步成型設(shè)計(jì)方式，設(shè)計(jì)犁旋輥壓駁岸型種床成型裝置，對(duì)樣機(jī)開展田間試驗(yàn)以驗(yàn)證其性能，以期得到適宜南方黏重土壤條件下小白菜壟播的穩(wěn)定壟體和壟溝。

1 總體結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 總體結(jié)構(gòu)

小白菜復(fù)式播種機(jī)犁旋輥壓駁岸型起壟裝置主要包括前犁、主機(jī)架、傳動(dòng)部件、旋耕刀、破土整形部件、齒輪箱、包絡(luò)整形弧板和起壟輥，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 工作原理

小白菜復(fù)式播種機(jī)犁旋輥壓駁岸型起壟裝置觸土部件主要包含前犁、主機(jī)架、旋耕刀、包絡(luò)整形弧板以及起壟輥，如圖2所示。整機(jī)通過三點(diǎn)懸掛裝置和拖拉機(jī)相連接，采用中間傳動(dòng)方式。作業(yè)時(shí)，拖拉機(jī)液壓系統(tǒng)分配器手柄處于浮動(dòng)位置，主機(jī)架兩側(cè)前犁破土、開溝、翻垡，初步形成壟溝；拖拉機(jī)旋轉(zhuǎn)動(dòng)力輸出裝置通過齒輪箱傳遞動(dòng)力驅(qū)動(dòng)左右刀輥和起壟輥旋轉(zhuǎn)，由刀輥上的旋耕刀完成碎土及定向拋土作業(yè)；包絡(luò)整形弧板隨機(jī)組前進(jìn)擠壓土壤、平整溝底，同時(shí)起壟輥同步壓實(shí)土壤平整壟壁及壟面，土壤在起壟裝置作用下形成壟體。

1.3 主要技術(shù)參數(shù)

小白菜復(fù)式播種機(jī)犁旋輥壓駁岸型起壟裝置一次作業(yè)行程后形成駁岸型雙壟單溝，其主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 旋耕起壟裝置技術(shù)參數(shù)Tab.1 Technical parameters of ridging device

2 輥壓起壟裝置設(shè)計(jì)

駁岸能保證坡體不受沖刷，通常用于園林工程中保持土壤形狀[27]。為確保播種機(jī)作業(yè)后壟體不因土壤坍塌而破壞種床，本文基于駁岸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)小白菜復(fù)式播種機(jī)犁旋輥壓駁岸型種床起壟裝置，作業(yè)后的小白菜種床壟體任意一垂直于水平面及前進(jìn)方向的截面呈雙倒駁岸斷面，壟體斷面如圖3所示。圖中L為整機(jī)作業(yè)幅寬，2 200 mm；L1為壟底寬，900 mm；L2為壟頂寬，800 mm；l1為溝頂寬，300 mm；l2為溝底寬，200 mm；S2為壟間距，1 100 mm。

小白菜復(fù)式播種機(jī)犁旋輥壓駁岸型起壟裝置的結(jié)構(gòu)決定了播種機(jī)的開溝起壟性能。根據(jù)整機(jī)作業(yè)幅寬及小白菜播種工藝方案，以現(xiàn)有播種行數(shù)為基準(zhǔn)，小白菜株行距計(jì)算式為

(1)

式中e——邊距，mm

s——小白菜機(jī)播行距，mm

根據(jù)小白菜種植農(nóng)藝要求[28-29]，小白菜的株行距范圍為100～150 mm。由開溝器結(jié)構(gòu)參數(shù)，確定邊距e的取值范圍為25～250 mm，代入式(1)計(jì)算小白菜機(jī)播行距s取值范圍為100～250 mm。行距可根據(jù)駁岸型種床起壟裝置尾部的開溝器橫向位置調(diào)節(jié)，株距可根據(jù)排種器轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)，株距可調(diào)范圍為100～200 mm，滿足小白菜精量種植農(nóng)藝要求。

2.1 起壟取土深度參數(shù)分析

小白菜復(fù)式播種機(jī)犁旋輥壓駁岸型起壟裝置起壟前需完成破土、開溝、導(dǎo)土、拋土工藝，主要作用是使碎土集中于起壟輥中部，以滿足主動(dòng)輥壓起壟種床成型作業(yè)，其工作參數(shù)直接影響起壟效果，如圖4所示。

以點(diǎn)O為旋耕刀回轉(zhuǎn)中心，x正向?yàn)闄C(jī)組前進(jìn)方向，旋耕刀正轉(zhuǎn)，整機(jī)作業(yè)時(shí)旋耕刀的運(yùn)動(dòng)軌跡為余擺線。以點(diǎn)Q為旋耕刀入土點(diǎn)，從最初入土到導(dǎo)土的過程中，為滿足旋耕機(jī)正常工作條件，計(jì)算旋耕刀頂點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡方程為

(2)

式中R1——旋耕刀回轉(zhuǎn)半徑

vm——機(jī)組前進(jìn)速度，km/h

ω1——旋耕刀輥回轉(zhuǎn)角速度，rad/s

n——旋耕刀軸轉(zhuǎn)速，r/min

H1——旋耕取土深度，mm

t——時(shí)間，s

為滿足起壟輥所需拋土量，旋耕刀端點(diǎn)的水平分速度的必要條件為vx<0，根據(jù)式(2)，可計(jì)算旋耕刀端點(diǎn)的絕對(duì)速度v0和水平分速度vx為

(3)

聯(lián)立式(2)和式(3)，得

(4)

作業(yè)時(shí)，機(jī)組前進(jìn)速度vm為2.0～5.0 km/h，旋耕刀軸轉(zhuǎn)速n為160～340 r/min，對(duì)應(yīng)的旋耕刀輥回轉(zhuǎn)角速度為16.75～35.59 rad/s，為達(dá)到起壟條件有H1>0 mm。根據(jù)旋耕刀結(jié)構(gòu)參數(shù)及其空間位置，取R1=270 mm，代入式(4)可得H1<193.87 mm，根據(jù)整機(jī)結(jié)構(gòu)取H1=182 mm。

2.2 起壟輥設(shè)計(jì)

播種機(jī)作業(yè)過程中主要通過起壟輥圓筒和起壟輥圓盤輥壓土壤，使土壤被壓實(shí)而形成壟體，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)起壟。剛性起壟輥同時(shí)以轉(zhuǎn)動(dòng)角速度ω2做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、以速度vm做直線運(yùn)動(dòng)與土壤相互作用時(shí)，被壓實(shí)土壤顆粒在擠壓下由靜態(tài)轉(zhuǎn)為動(dòng)態(tài)。土壤顆粒在剛性起壟輥擠壓的作用下其顆粒之間的空隙及相對(duì)位置產(chǎn)生變化，以相互填充的形式對(duì)壟壁、壟頂同時(shí)推擠夯實(shí)，降低壟體接觸面的粗糙度，有效預(yù)防土壤顆粒回流導(dǎo)致壟體坍塌。起壟輥結(jié)構(gòu)直接影響壟體的幾何輪廓，根據(jù)駁岸輪廓設(shè)計(jì)起壟輥結(jié)構(gòu)，如圖5所示。

根據(jù)彈性力學(xué)和土力學(xué)理論，土壤受外力擠壓產(chǎn)生的形變主要由垂直力引起。結(jié)合起壟輥結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性確定起壟輥的結(jié)構(gòu)參數(shù)和工作參數(shù)，分析土壤運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)忽略土壤顆粒之間的相互作用力，建立如圖6所示的倒駁岸型壟體截面圖，開溝起壟作業(yè)中，單位截面積內(nèi)的土壤總量前后平衡。圖中虛線部分表示壟體成型前對(duì)應(yīng)的取土截面，A1為取土截面面積，m2；A2為壟體Ⅰ截面面積，m2；A3為壟體Ⅱ截面面積，m2。

因?qū)ΨQ關(guān)系設(shè)壟體Ⅰ截面面積A2與壟體Ⅱ截面面積A3相等。在播種機(jī)實(shí)際作業(yè)過程中，考慮到土壤堅(jiān)實(shí)度系數(shù)得壟體參數(shù)方程為

(5)

式中k——土壤堅(jiān)實(shí)度系數(shù)[30]，取0.9

θ——起壟坡度，(°)

h——壟高，mm

根據(jù)小白菜壟播種植模式，將壟頂寬、壟底寬、溝頂寬等參數(shù)代入式(5)，求出θ、h、A1、A2和A3分別為76.73°、212 mm、0.4 m2、0.18 m2和0.18 m2。

2.3 起壟輥受力分析

小白菜復(fù)式播種機(jī)犁旋輥壓駁岸型起壟裝置起壟輥為主動(dòng)驅(qū)動(dòng)，土壤的相互作用為輥壓方式，其受力過程如圖7所示。

當(dāng)剛性驅(qū)動(dòng)輪與土壤接觸時(shí)，起壟圓筒同時(shí)受負(fù)載G、水平力F和驅(qū)動(dòng)扭矩Mq作用，支承面上存在切向反力和法向反力作用。由此衍生了行走阻力Rx、土壤推力Pq及支承反力Ry，為使起壟輥穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)，平衡方程為

(6)

式中ra——垂直動(dòng)力半徑，mm

rd——水平動(dòng)力半徑，mm

Mm——起壟輥內(nèi)摩擦阻力力矩，N·m

rq——起壟輥圓筒半徑，mm

考慮到起壟時(shí)的土壤堅(jiān)實(shí)度系數(shù)[31]，令rd=rq，則由式(6)可得

(7)

由式(7)可知，土壤推力Pq不等于切線牽引力。因起壟輥為主動(dòng)驅(qū)動(dòng)型，其支承面下端的絕對(duì)速度不為零，且方向朝后，因起壟輥隨機(jī)組前進(jìn)，起壟輥轉(zhuǎn)動(dòng)所前進(jìn)的距離比計(jì)算距離小。根據(jù)文獻(xiàn)[32]中對(duì)剛性接觸面與土壤相互作用力的分析，最大法向反力的位置有隨起壟輥圓筒滑轉(zhuǎn)的增大而向后移動(dòng)的傾向，切向反力則始終指向前方，這與上述分析結(jié)果基本一致。

2.4 包絡(luò)整形弧板參數(shù)分析

包絡(luò)整形弧板結(jié)構(gòu)曲線如圖8所示，其沿機(jī)組前進(jìn)方向觸土部分主要為AB段和BC段，支撐部分為CD段。工作時(shí)，整形弧板與起壟輥隨機(jī)組前進(jìn)，整形弧板通過滑壓土壤形成規(guī)則溝底輪廓，ABC段包絡(luò)圓弧與起壟輥回轉(zhuǎn)中心同心，AB段根據(jù)整形弧板厚度與起壟輥參數(shù)確定，BC段根據(jù)整形弧板與起壟輥的間隙確定，間隙太小導(dǎo)致土壤堵塞，影響種床平整度；間隙過大則導(dǎo)致整機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸過大，重心后移。

包絡(luò)整形弧板各參數(shù)之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系為

(8)

式中R2——包絡(luò)整形弧板觸土面半徑，mm

rp——起壟輥圓盤半徑，mm

W——起壟輥回轉(zhuǎn)中心至方管水平距離，mm

H2——起壟深度，mm

H3——起壟輥回轉(zhuǎn)中心至方管頂端高度，mm

H4——包絡(luò)整形弧板BC段垂直高度，mm

H5——支架方管寬度，mm

δ1——包絡(luò)整形弧板厚度，mm

δ2——包絡(luò)整形弧板與起壟輥的間隙，mm

θ1——點(diǎn)D和點(diǎn)C到起壟輥回轉(zhuǎn)中心的夾角，(°)

θ2——包絡(luò)整形弧板BC段圓心角，(°)

為確保壟溝底部平整，令H4=rp，包絡(luò)整形弧板厚度取δ1=12 mm，根據(jù)整機(jī)結(jié)構(gòu)得知W=230 mm，H3=400 mm，H5=80 mm，rp=280 mm，代入式(8)得R2=310 mm，H4=280 mm，δ2=18 mm，θ1=46°，θ2=70°，rq=68 mm。

2.5 起壟裝置參數(shù)匹配

犁旋輥壓駁岸型種床成型裝置作業(yè)后，可實(shí)現(xiàn)種床成型和廂面平整，為滿足小白菜壟播廂面平整的要求，犁旋輥壓駁岸型種床成型裝置起壟深度參數(shù)需要合理匹配，結(jié)合圖2可得

d=R1+H2-H1-δ1-rp

(9)

式中d——起壟輥轉(zhuǎn)軸與旋耕刀軸間的高度差，mm

根據(jù)起壟裝置起壟條件有H2>H1，代入式(9)，得

d

(10)

根據(jù)前述起壟成型裝置參數(shù)，計(jì)算得起壟輥轉(zhuǎn)軸與旋耕刀軸之間的高度差d為22 mm。

3 起壟性能試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)方法

小白菜復(fù)式播種機(jī)犁旋輥壓駁岸型起壟裝置的工作質(zhì)量主要與土壤狀況、旋耕導(dǎo)土裝置和起壟輥的結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)。為確保作業(yè)效果達(dá)到設(shè)計(jì)的技術(shù)要求，2020年9月9日于武漢市農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所蔬菜機(jī)械化展示區(qū)示范田開展田間開溝起壟性能試驗(yàn)，如圖9所示。試驗(yàn)前需對(duì)田塊特性進(jìn)行測(cè)定，其特性參數(shù)見表2。

表2 田塊特性參數(shù)Tab.2 Characteristics parameters of experimental field

田間試驗(yàn)的配套動(dòng)力為東風(fēng)井關(guān)T954型拖拉機(jī)，經(jīng)預(yù)試驗(yàn)確定拖拉機(jī)液壓手柄擋位與機(jī)具作業(yè)高度之間的關(guān)系，手油門調(diào)至最大擋位以保證機(jī)具作業(yè)參數(shù)一致。試驗(yàn)機(jī)組確保直線方向前進(jìn)，作業(yè)距離為30 m，作業(yè)速度分別為2.0、3.5、5.0 km/h，測(cè)距雷達(dá)安裝位置與地表垂直距離約為0.8 m，掃描采樣頻率設(shè)置為70 Hz，角度分辨率設(shè)置為0.881 2°，采樣角度范圍為90°～180°。

3.2 試驗(yàn)設(shè)備與儀器

試驗(yàn)機(jī)具為華中農(nóng)業(yè)大學(xué)自行研制的工作幅寬為2 200 mm的小白菜復(fù)式播種機(jī)。試驗(yàn)器材包括：卷尺(3 m)、直尺(500 mm)、土壤水分檢測(cè)儀(浙江托普儀器有限公司，精度0.01%)、土壤堅(jiān)實(shí)度檢測(cè)儀(浙江托普儀器有限公司，0.5% FS)、自制壟型測(cè)繪裝置(圖10)和小白菜種子(中箕青605)。

3.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)

3.3.1土壤堅(jiān)實(shí)度及穩(wěn)定性系數(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)

起壟裝置作業(yè)后的壟體土壤堅(jiān)實(shí)度是確保種床抵抗自然侵蝕而保持穩(wěn)定的關(guān)鍵因素，影響小白菜種子的出苗率。根據(jù)試驗(yàn)方法，利用小白菜復(fù)式播種機(jī)犁旋輥壓駁岸型起壟裝置在未耕土壤區(qū)域進(jìn)行開溝起壟作業(yè)，作業(yè)后立即測(cè)量壟體堅(jiān)實(shí)度，沿機(jī)組前進(jìn)方向每隔4 m進(jìn)行壟體土壤堅(jiān)實(shí)度測(cè)量，每一截面測(cè)量位置如圖11所示。

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 8401.2—2017《旋耕聯(lián)合作業(yè)機(jī)械 第2部分：旋耕深松滅茬起壟機(jī)》要求以壟體土壤堅(jiān)實(shí)度、壟體土壤堅(jiān)實(shí)度穩(wěn)定性系數(shù)為評(píng)價(jià)指標(biāo)[33]。

3.3.2壟高、壟頂寬及壟間距合格率評(píng)價(jià)指標(biāo)

壟高、壟頂寬及壟間距合格率是衡量起壟質(zhì)量的重要指標(biāo)，本試驗(yàn)分別取壟高h(yuǎn)為212 mm，壟頂寬L2為800 mm，壟間距S2為1 100 mm。作業(yè)后，基于自制壟型測(cè)繪裝置所測(cè)定的數(shù)據(jù)，每個(gè)行程選取5個(gè)點(diǎn)，每點(diǎn)所測(cè)范圍為一個(gè)工作幅寬，分別以壟高、壟頂寬以及壟間距在農(nóng)藝要求的-30～30 mm范圍內(nèi)為合格，合格的壟體參數(shù)占對(duì)應(yīng)的總數(shù)百分比為壟體參數(shù)合格率。

3.3.3壟頂廂面粗糙度評(píng)價(jià)指標(biāo)

小白菜種子屬于小粒徑種子范疇，機(jī)播時(shí)要求良好的種床，有利于控制播深以確保成苗率。而地表過度粗糙則不利于控制播深，因此小白菜直播作業(yè)所形成的壟頂粗糙度可用均方根高(RMSH)表征。由于壟頂廂面空間上的高度差異性，影響計(jì)算區(qū)域尺度，為探究不同尺度間廂面粗糙度的變化規(guī)律，可通過多次采樣局部地表高度數(shù)據(jù)，以此分析廂面粗糙度的局部變化特征。

3.3.4各行平均苗數(shù)及單行苗數(shù)變異系數(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)

種床構(gòu)建壟體的好壞直接影響小白菜播種均勻性及出苗率。整機(jī)作業(yè)35 d后，雙壟各行測(cè)5段，每一段截取1 m范圍內(nèi)的小白菜苗數(shù)[34]，通過測(cè)定每行苗數(shù)、單行苗數(shù)變異系數(shù)以及各行苗數(shù)一致性變異系數(shù)以驗(yàn)證小白菜復(fù)式播種機(jī)犁旋輥壓駁岸型種床起壟裝置的綜合性能。

3.4 試驗(yàn)結(jié)果與分析

基于壟型測(cè)繪裝置測(cè)量數(shù)據(jù)，進(jìn)行誤差補(bǔ)償處理及有效區(qū)域提取，導(dǎo)入Matlab軟件所得三維數(shù)字化模型如圖12所示。從圖中可看出，在該采樣頻率下測(cè)量數(shù)據(jù)生成的三維數(shù)字化模型可以較好地重構(gòu)原有壟體輪廓和構(gòu)型特征，結(jié)果與實(shí)際地表地貌高度吻合，單次測(cè)量區(qū)域精確覆蓋了完整的起壟區(qū)域，為進(jìn)一步評(píng)價(jià)起壟裝置的結(jié)構(gòu)特征提供了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

3.4.1土壤堅(jiān)實(shí)度測(cè)量與分析

土壤堅(jiān)實(shí)度是體現(xiàn)壟體土壤強(qiáng)度的一個(gè)重要指標(biāo)，土壤堅(jiān)實(shí)度過小會(huì)影響小白菜壟播種床的穩(wěn)定性。在長(zhǎng)江中下游土壤黏重板結(jié)的條件下，由于壟壁坍塌導(dǎo)致壟頂寬不穩(wěn)定，小白菜壟播時(shí)會(huì)因種床帶破壞而降低成苗率。整機(jī)前進(jìn)速度是影響壟體堅(jiān)實(shí)度的重要因素，不同作業(yè)速度條件下的壟體堅(jiān)實(shí)度測(cè)定結(jié)果見表3。

表3 田間作業(yè)后的土壤堅(jiān)實(shí)度測(cè)定結(jié)果Tab.3 Performance test results of soil firmness after field operation

根據(jù)表3可知，作業(yè)后的壟體土壤堅(jiān)實(shí)度平均值隨測(cè)量深度的增加而增大，壟體土壤堅(jiān)實(shí)度穩(wěn)定性系數(shù)相對(duì)平穩(wěn)。其中壟頂堅(jiān)實(shí)度平均值在各深度均高于壟壁堅(jiān)實(shí)度，由于起壟過程中壟壁主要由起壟輥圓盤壓實(shí)土壤，而壟頂主要由起壟輥圓筒壓實(shí)土壤，由于旋耕刀定向拋土至壟頂處，疊加壓實(shí)土量增大了對(duì)土壤的碾壓力，從而增大了壟頂處的土壤堅(jiān)實(shí)度。不同作業(yè)速度下相同測(cè)量深度的穩(wěn)定性基本一致，雙壟壟頂處土壤堅(jiān)實(shí)度均值范圍為223～1 323 kPa，土壤堅(jiān)實(shí)度穩(wěn)定性系數(shù)均不低于92.36%；雙壟壟壁處的土壤堅(jiān)實(shí)度均值范圍為215～938 kPa，土壤堅(jiān)實(shí)度穩(wěn)定性系數(shù)均不低于92.53%，適合小白菜復(fù)式播種機(jī)壟播作業(yè)。

3.4.2壟高、壟頂寬及壟間距合格率分析

根據(jù)前述標(biāo)準(zhǔn)要求，以壟高合格率、壟頂寬合格率以及壟間距合格率為起壟質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，測(cè)定結(jié)果見表4。

表4 壟高、壟頂寬及壟間距Tab.4 Height, top width and spacing of ridges

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可知，小白菜復(fù)式播種機(jī)犁旋輥壓駁岸型種床成型裝置起壟質(zhì)量良好，壟體一致性好，作業(yè)后的壟體的壟高合格率、壟頂寬合格率和壟間距合格率分別為90.00%、93.33%和96.67%。

3.4.3壟頂廂面粗糙度分析

傳統(tǒng)的廂面粗糙度統(tǒng)計(jì)一般限于廂面寬度方向，無(wú)法全面地反映地表粗糙度狀態(tài)，而小白菜直播作業(yè)后的種床由于受到開溝器的作用而形成沿作業(yè)方向分布的種溝痕跡，此痕跡主要受地表非規(guī)則的微起伏影響。為更真實(shí)反映起壟后壟頂廂面高度分布的特征，取一垂直機(jī)組作業(yè)方向截面，且沿機(jī)組作業(yè)方向選取5 m長(zhǎng)壟體，每隔10 mm掃描一次，每1 m為1組拼接而成，以前述采樣頻率掃描截面輪廓高度，按小白菜種植行數(shù)所形成的壟頂廂面各行地表輪廓如圖13所示。由圖中可知，種床各行小白菜粗糙度表現(xiàn)為均勻分布的特征，其同行內(nèi)沒有明顯的高度變化，各行之間略有不同，與實(shí)際作業(yè)相吻合。

表5為小白菜精量復(fù)式播種機(jī)作業(yè)后不同行的壟頂廂面地表粗糙度，從表中可得知機(jī)組作業(yè)方向不同行的最大差值為2.19 mm。對(duì)作業(yè)后壟體地表粗糙度的標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，均方根高度標(biāo)準(zhǔn)差較小。

表5 不同行的壟頂廂面地表粗糙度均方根高度Tab.5 Root mean square height of ridge surface roughness in different rows mm

3.4.4各行平均苗數(shù)及單行苗數(shù)變異系數(shù)分析

根據(jù)原測(cè)定數(shù)據(jù)可得小白菜的各行平均苗數(shù)及單行苗數(shù)變異系數(shù)，如圖14所示。

由圖14可知，小白菜各行的平均苗數(shù)及其變異系數(shù)均屬于合理范圍。其中，小白菜各行1 m內(nèi)平均苗數(shù)為10，單行苗數(shù)變異系數(shù)為6.32%～8.51%，各行苗數(shù)一致性變異系數(shù)為9.05%，滿足農(nóng)業(yè)實(shí)際生產(chǎn)中小白菜精量機(jī)播要求。

綜合田間作業(yè)性能對(duì)比可知，小白菜復(fù)式播種機(jī)犁旋輥壓駁岸型種床起壟裝置作業(yè)的性能優(yōu)于JB/T 8401.2—2017《旋耕聯(lián)合作業(yè)機(jī)械 第2部分：旋耕深松滅茬起壟機(jī)》的質(zhì)量要求。

4 結(jié)論

(1)對(duì)種床成型裝置的關(guān)鍵部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)與分析，根據(jù)起壟輥運(yùn)動(dòng)模型，確定了單個(gè)壟體截面面積為0.18 m2，壟體高度為212 mm，機(jī)組前進(jìn)速度為2.0～5.0 km/h，旋耕刀軸轉(zhuǎn)速為160～340 r/min，起壟取土高度為182 mm，犁旋輥壓駁岸型種床成型裝置以聯(lián)合作業(yè)方式提高了整機(jī)起壟的通用性。

(2)壟體土壤穩(wěn)定性分析結(jié)果表明，壟體土壤堅(jiān)實(shí)度平均值隨測(cè)量深度的增加而增大。雙壟壟頂處的土壤堅(jiān)實(shí)度穩(wěn)定性系數(shù)均不低于92.36%，雙壟壟壁處的土壤堅(jiān)實(shí)度穩(wěn)定性系數(shù)均不低于92.53%，起壟作業(yè)滿足起壟農(nóng)藝要求。

(3)田間性能試驗(yàn)表明，犁旋輥壓駁岸型種床成型裝置作業(yè)后的壟體的壟高合格率、壟頂寬合格率和壟間距合格率分別為90.00%、93.33%和96.67%。采用相同采樣間隔的壟頂廂面粗糙度統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，機(jī)組作業(yè)方向不同行的最大差值為2.19 mm，同一行內(nèi)的小白菜種床廂面粗糙度無(wú)明顯差異。

(4)田間播種試驗(yàn)表明，采用犁旋輥壓駁岸型種床起壟裝置作業(yè)形成的種床效果較好，小白菜各行1 m內(nèi)平均苗數(shù)為10，單行苗數(shù)變異系數(shù)為6.32%～8.51%，各行苗數(shù)一致性變異系數(shù)為9.05%，滿足農(nóng)業(yè)實(shí)際生產(chǎn)中小白菜精量機(jī)播要求。